Ferroelektrika sú prvky so spontánnou elektrickou polarizáciou (SEP). Iniciátorom jeho zvrátenia môžu byť aplikácie elektrického rozsahu E s príslušnými parametrami a smerovými vektormi. Tento proces sa nazýva repolarizácia. Je nevyhnutne sprevádzaná hysterézou.
Spoločné funkcie
Ferroelektrika sú komponenty, ktoré majú:
- Kolosálna permitivita.
- Výkonný piezo modul.
- Slučka.
Feroelektrika sa používa v mnohých priemyselných odvetviach. Tu je niekoľko príkladov:
- Rádiotechnika.
- Kvantová elektronika.
- Technológia merania.
- Elektrická akustika.
Ferroelektrika sú pevné látky, ktoré nie sú kovmi. Ich štúdium je najúčinnejšie, keď je ich stav monokryštál.
Svetlé špecifiká
Sú len tri z týchto prvkov:
- Reverzibilná polarizácia.
- Nelinearita.
- Anomálne vlastnosti.
Mnohé feroelektriky prestávajú byť feroelektrickými, keď sú zapojenépodmienky teplotného prechodu. Takéto parametre sa nazývajú TK. Látky sa správajú abnormálne. Ich dielektrická konštanta sa rýchlo vyvíja a dosahuje pevné úrovne.
Klasifikácia
Je dosť zložitá. Jeho kľúčovými aspektmi sú zvyčajne dizajn prvkov a technológia tvorby ŠVP v kontakte s ním počas zmeny fáz. Tu je rozdelenie na dva typy:
- Mať odpočet. Ich ióny sa posúvajú počas fázového pohybu.
- Poriadok je chaos. Za podobných podmienok sú v nich usporiadané dipóly počiatočnej fázy.
Tieto druhy majú aj poddruhy. Predpojaté komponenty napríklad spadajú do dvoch kategórií: perovskity a pseudoilmenity.
Druhý typ je rozdelený do troch tried:
- Dihydrogenfosforečnany draselné (KDR) a alkalické kovy (napr. KH2AsO4 a KH2 PO4 ).
- Triglycínsulfáty (THS): (NH2CH2COOH3)× H 2SO4.
- Komponenty z tekutých kryštálov
Perovskites
Tieto prvky existujú v dvoch formátoch:
- Monokryštalické.
- Keramické.
Obsahujú kyslíkový oktaedrón, ktorý obsahuje Ti ión s mocnosťou 4-5.
Keď nastane paraelektrické štádium, kryštály získajú kubickú štruktúru. Ióny ako Ba a Cd sú sústredené v hornej časti. A ich kyslíkové náprotivky sú umiestnené v strede tvárí. Takto sa tvoríosemsten.
Keď sa tu zmenia titánové ióny, vykoná sa SEP. Takéto feroelektriká môžu vytvárať tuhé zmesi s formáciami podobnej štruktúry. Napríklad PbTiO3-PbZrO3 . Výsledkom je keramika s vhodnými vlastnosťami pre zariadenia, ako sú varikondy, piezoelektrické ovládače, pozistory atď.
Pseudoilmenity
Odlišujú sa v romboedrickej konfigurácii. Ich jasnou špecifickosťou sú vysoké indikátory Curieovej teploty.
Sú to tiež kryštály. Spravidla sa používajú v akustických mechanizmoch na horných veľkých vlnách. Nasledujúce zariadenia sú charakteristické svojou prítomnosťou:
- rezonátory;
- filtre s pruhmi;
- vysokofrekvenčné akusticko-optické modulátory;
- pyroprijímače.
Zavádzajú sa aj do elektronických a optických nelineárnych zariadení.
KDR a TGS
Ferroelektriká prvej označenej triedy majú štruktúru, ktorá umiestňuje protóny do vodíkových kontaktov. SEP nastáva, keď sú všetky protóny v poriadku.
Prvky tejto kategórie sa používajú v nelineárnych optických zariadeniach a v elektrickej optike.
Vo feroelektrikách druhej kategórie sú protóny usporiadané podobne, len dipóly sa tvoria v blízkosti molekúl glycínu.
Komponenty tejto skupiny sa používajú v obmedzenom rozsahu. Zvyčajne obsahujú pyroprijímače.
Pohľady z tekutých kryštálov
Vyznačujú sa prítomnosťou polárnych molekúl usporiadaných v poradí. Tu sa jasne prejavujú hlavné špecifiká feroelektriky.
Ich optické vlastnosti sú ovplyvnené teplotou a vektorom vonkajšieho elektrického spektra.
Na základe týchto faktorov sa používanie feroelektrík tohto typu implementuje v optických senzoroch, monitoroch, banneroch atď.
Rozdiely medzi týmito dvoma triedami
Ferroelektrika sú útvary s iónmi alebo dipólmi. Majú výrazné rozdiely vo svojich vlastnostiach. Prvé zložky sa teda vôbec nerozpúšťajú vo vode, ale majú silnú mechanickú pevnosť. Ľahko sa formujú v polykryštálovom formáte za predpokladu, že keramický systém funguje.
Posledné sa ľahko rozpúšťajú vo vode a majú zanedbateľnú silu. Umožňujú tvorbu monokryštálov pevných parametrov z vodných kompozícií.
Domény
Väčšina charakteristík feroelektriky závisí od domén. Parameter spínacieho prúdu teda úzko súvisí s ich správaním. Nachádzajú sa v monokryštáloch aj v keramike.
Doménová štruktúra feroelektriky je sektorom makroskopických rozmerov. V ňom vektor ľubovoľnej polarizácie nemá žiadne nezrovnalosti. A od podobného vektora sú len rozdiely v susedných sektoroch.
Domény oddeľujú steny, ktoré sa môžu pohybovať vo vnútornom priestore jedného kryštálu. V tomto prípade dochádza k nárastu v niektorých a k poklesu v iných doménach. Keď dôjde k repolarizácii, sektory sa vyvinú v dôsledku posunu stien alebo podobných procesov.
Elektrické vlastnosti feroelektrík,čo sú monokryštály, vznikajú na základe symetrie kryštálovej mriežky.
Najziskovejšia energetická štruktúra sa vyznačuje tým, že hranice domény sú v nej elektricky neutrálne. Polarizačný vektor sa teda premieta na hranicu konkrétnej domény a rovná sa jej dĺžke. Zároveň je opačný k rovnakému vektoru zo strany najbližšej domény.
V dôsledku toho sú elektrické parametre domén tvorené na základe schémy hlava-chvost. Určujú sa lineárne hodnoty domén. Sú v rozsahu 10-4-10-1 pozri
Polarizácia
Vplyvom vonkajšieho elektrického poľa sa mení vektor elektrického pôsobenia domén. Vzniká tak silná polarizácia feroelektrík. Výsledkom je, že dielektrická konštanta dosahuje obrovské hodnoty.
Polarizácia domén sa vysvetľuje ich vznikom a vývojom v dôsledku posunu ich hraníc.
Naznačená štruktúra feroelektrík spôsobuje nepriamu závislosť ich indukcie od stupňa napätia vonkajšieho poľa. Keď je slabý, vzťah medzi sektormi je lineárny. Zobrazí sa sekcia, kde sa limity domény posúvajú podľa reverzibilného princípu.
V zóne silných polí je takýto proces nezvratný. Súčasne rastú sektory, pre ktoré vektor SEP zviera minimálny uhol s vektorom poľa. A pri určitom napätí sa všetky domény zoradia presne pozdĺž ihriska. Vytvára sa technická saturácia.
Za takýchto podmienok, keď sa napätie zníži na nulu, nedochádza k podobnému zvráteniu indukcie. Ona jedostane zvyškové Dr. Ak je ovplyvnené poľom s opačným nábojom, rýchlo sa zníži a zmení svoj vektor.
Následný vývoj napätia opäť vedie k technickej saturácii. Označuje sa teda závislosť feroelektrika od obrátenia polarizácie v rôznych spektrách. Paralelne s týmto procesom nastáva hysterézia.
Intenzita rozsahu Er, , pri ktorom indukcia prechádza cez nulovú hodnotu, je donucovacia sila.
Proces hysterézie
Vďaka tomu sa pod vplyvom poľa nezvratne posúvajú hranice domény. Znamená to prítomnosť dielektrických strát v dôsledku energetických nákladov na usporiadanie domén.
Tu sa vytvorí hysterézna slučka.
Jeho plocha zodpovedá energii vynaloženej vo feroelektrike v jednom cykle. Vplyvom strát v nej vzniká dotyčnica uhla 0, 1.
Hysterézne slučky sa vytvárajú pri rôznych hodnotách amplitúdy. Ich vrcholy spolu tvoria hlavnú polarizačnú krivku.
Operácie merania
Dielektrická konštanta feroelektrík takmer všetkých tried sa líši v pevných hodnotách dokonca aj pri hodnotách ďaleko od TK.
Jeho meranie je nasledovné: na kryštál sú priložené dve elektródy. Jeho kapacita je určená v premenlivom rozsahu.
Vyššieukazovatele TK priepustnosť má určitú tepelnú závislosť. To možno vypočítať na základe Curie-Weissovho zákona. Funguje tu nasledujúci vzorec:
e=4pC / (T-Tc).
V ňom je C Curieova konštanta. Pod prechodnými hodnotami rýchlo klesá.
Písmeno „e“vo vzorci znamená nelinearitu, ktorá je tu prítomná v dosť úzkom spektre s premenlivým napätím. Kvôli nej a hysterézii závisí priepustnosť a objem feroelektrika od prevádzkového režimu.
Typy priepustnosti
Materiál pri rôznych prevádzkových podmienkach nelineárneho komponentu mení svoje kvality. Na ich charakterizáciu sa používajú tieto typy priepustnosti:
- Štatistické (est). Na jej výpočet sa používa hlavná polarizačná krivka: est =D / (e0E)=1 + P / (e 0E) » P / (e0E).
- Obrátiť (ep). Označuje zmenu polarizácie feroelektrika v premenlivom rozsahu pod paralelným vplyvom stabilného poľa.
- Efektívne (eef). Vypočítané zo skutočného prúdu I (predpokladá nesínusový typ) v spojení s nelineárnou zložkou. V tomto prípade existuje aktívne napätie U a uhlová frekvencia w. Vzorec funguje: eef ~ Cef =I / (wU).
- Počiatočné. Stanovuje sa v extrémne slabých spektrách.
Dva hlavné typy pyroelektrík
Sú to feroelektriká a antiferoelektriká. Oni majúexistujú sektory BOT – domény.
V prvej forme tvorí jedna doména okolo seba depolarizujúcu guľu.
Keď je vytvorených veľa domén, klesá. Energia depolarizácie tiež klesá, ale zvyšuje sa energia sektorových stien. Proces je dokončený, keď sú tieto indikátory v rovnakom poradí.
Ako sa správa HSE, keď sa feroelektrika nachádza vo vonkajšej sfére, bolo popísané vyššie.
Antiferroelektrika - asimilácia aspoň dvoch podmriežok umiestnených do seba. V každom je smer dipólových faktorov rovnobežný. A ich spoločný dipólový index je 0.
V slabých spektrách sa antiferoelektriká vyznačujú lineárnym typom polarizácie. Ale ako sa intenzita poľa zvyšuje, môžu získať feroelektrické podmienky. Parametre poľa sa vyvíjajú od 0 do E1. Polarizácia rastie lineárne. Pri spätnom pohybe sa už vzďaľuje od poľa - získa sa slučka.
Keď sa vytvorí sila rozsahu E2, feroelektrické sa premení na svoj antipód.
Pri zmene vektora poľa E je situácia rovnaká. To znamená, že krivka je symetrická.
Antiferroelektrické, prekračujúce Curieovu značku, získava paraelektrické podmienky.
Pri nižšom priblížení k tomuto bodu dosahuje priepustnosť určité maximum. Nad ním sa mení podľa vzorca Curie-Weiss. Parameter absolútnej permeability v uvedenom bode je však nižší ako parameter feroelektriky.
V mnohých prípadoch majú antiferoelektrikákryštalická štruktúra podobná ich antipódom. V zriedkavých situáciách a pri rovnakých zlúčeninách, ale pri rôznych teplotách, sa objavujú fázy oboch pyroelektrík.
Najznámejšie antiferoelektriká sú NaNbO3, NH4H2P0 4 atď. Ich počet je nižší ako počet bežných feroelektrík.
